[論文レビュー] Outer Solar System Exploration: A Compelling and Unified Dual Mission Decadal Strategy for Exploring Uranus, Neptune, Triton, Dwarf Planets, and Small KBOs and Centaurs

Amy Simon, S. A. Stern+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2018

Astro and Planetary Science参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、外太陽系の探査を統合的な二重ミッション戦略として提唱し、海王星軌道飛行機と冥王星外天体（TNO）またはセントーリアンの closest flyby を組み合わせることで、氷巨星、衛星、小惑星の分野における科学的成果を最大化するとともに、予算制約に対応する。この手法は、複数の科学分野を統合した単一の費用対効果の高いミッション構造を採用し、複数のコミュニティが関与する惑星科学の発展を促進する。

ABSTRACT

Laying the Vision and Voyages (V&V, National Research Council 2011) Decadal Survey 2013-2022 objectives against subsequent budget profiles reveals that separate missions to every desirable target in the Solar System are simply not realistic. In fact, very few of these missions will be achievable under current budget realities. Given the cost and difficulty in reaching the outer Solar System, competition between high-value science missions to an Ice Giant system and the Kuiper Belt is counterproductive. A superior approach is to combine the two programs into an integrated strategy that maximizes the science that can be achieved across many science disciplines and communities, while recognizing pragmatic budget limitations.

研究の動機と目的

• 高予算かつミッションの複雑さが高いため、すべての高優先度の外太陽系の目標に別々のミッションを打ち上げることは現実的ではない。
• 氷巨星と Kuiper 帯への高価値ミッションの間の競合を減らすために、それらを単一のミッション構造に統合する。
• 複数の探査目的を統合することで、惑星科学、宇宙物理学、および太陽系外圏物理学の分野における科学的成果を最大化する。
• 現実的な資金調達計画とミッション開発スケジュールに適合した、費用対効果の高い統合的な十年計画を提供する。
• 1つのミッションキャンペーンでNeptune、Triton、矮星惑星、および小惑星KBOs/Centaursを包括的に探査できる二機体ミッション方式を提唱する。

提案手法

• 二機体ミッション構造を提唱する：1機体は海王星とその衛星Tritonの周回軌道に入り、もう1機体は冥王星外天体またはセントーリアンの closest flyby を行う。
• 重力スイングバイと軌道最適化を活用して、両ミッションを1つの効率的な軌道で同時に打ち上げる。
• 大気科学、衛星の地球物理学、小天体の組成といった複数分野の科学機器と目的を統合する。
• Voyager 2 や New Horizons などの先行ミッションのデータを活用し、機器設計とターゲット選定を最適化して科学的成果を向上させる。
• 現在の十年調査の予算現実と資金制約に適合するように、ミッションコストとスケジュール予測をモデル化する。
• 科学的目標の相乗効果に重点を置く。例えば、Tritonの geysers とNeptuneの磁気圏の研究と、TNOの表面組成と動力学の調査を併せることで、科学的成果を高める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現実的な予算制約内で、海王星、Triton、および冥王星外天体またはセントーリアンの高優先度の科学的目標を達成できる統合的ミッション構造が1つで可能か？
• RQ2 二機体ミッション設計は、惑星科学、太陽系外圏物理学、および宇宙物理学の分野で、どのように科学的成果を最大化できるか？
• RQ3 最小限の燃料消費とミッション期間で、海王星周回と遠方の飛行を可能にする最適な軌道と打ち上げウィンドウは何か？
• RQ4 氷巨星と冥王星外天体の科学的目標を統合することで、別々のミッションに比べ、全体のミッションコストとリスクはどのように低減されるか？
• RQ5 海王星系の研究と遠方の小天体の研究の間には、どのような主要な科学的相乗効果があり、それらが太陽系形成の理解をどのように高めるか？

主な発見

• 統合的二重ミッション戦略により、別々のミッションよりも著しく低いコストで、Neptune、Triton、および冥王星外天体またはセントーリアンの包括的探査が可能になる。
• ミッション構造により、Neptuneの大気、磁気圏、Tritonの geysers の同時調査に加え、遠方の小天体からの表面および組成データの取得が可能になる。
• 軌道解析により、1つの打ち上げウィンドウで、重力スイングバイと効率的な巡航経路を活用して、海王星周回ミッションとTNOまたはセントーリアンの飛行ミッションを両立できることが示された。
• 複数分野の科学的目標を統合することで、単位コストあたりの科学的成果が向上し、ミッションの価値が高まる。
• エンジニアリングと科学的計画を1つの調整されたキャンペーンに統合することで、ミッションのリスクと開発の複雑さが低減される。
• この戦略は、現在の十年調査の優先順位と資金の現実に適合しており、外太陽系探査の現実的で説得力のある道筋を提供する。